第十四章滾動軸承相關設計

第十四章滾動軸承相關設計

滾動軸承是機器上一種重要的通用部件。它依靠主要元件間的滾動接觸來支撐轉動零件，具有摩擦阻力小、容易起動、效率高、軸向尺寸小等優(yōu)點，而且由于大量標準化生產(chǎn)，具有制造成本低的優(yōu)點。因而在各種機械中得到了廣泛的使用。滾動軸承已經(jīng)標準化，由專門的工廠大量生產(chǎn)。在機械設計中，我們的主要工作就是根據(jù)具體的工作條件正確的選用軸承的類型和尺寸，并進行軸承安裝、調整、潤滑、密封等軸承組合的結構設計?！?4.1滾動軸承的結構、類型和代號

一、滾動軸承的基本結構滾動軸承嚴格來說是一個組合標準件，其基本結構如圖所示。它主要有內圈、外圈、滾動體和保持架等四個部分所組成。通常其內圈用來與軸頸配合裝配，外圈的外徑用來與軸承座或機架座孔相配合裝配。有時也有軸承內圈與軸固定不動、外圈轉動的場合。圖14－1

作為轉軸支撐的滾動軸承，顯然其中的滾動體是必不可少的元件；有時為了簡化結構，降低成本造價，可根據(jù)需要而省去內圈、外圈、甚至保持架等。這時滾動體直接與軸頸和座孔滾動接觸。例如自行車上的滾動軸承就是這樣的簡易結構。

當內、外圈相對轉動時，滾動體即在內外圈的滾道中滾動。常見的滾動體形狀如圖14-2所示，有圖14－2

滾動軸承的內、外圈和滾動體一般采用軸承鉻鋼（如GCr9、Gcr15、GCr15SiMn等）經(jīng)淬火制成，硬度HRC60以上。保持架使?jié)L動體均勻分布在圓周上，其作用是：避免相鄰滾動體之間的接觸。保持架有沖壓式和實體式兩種。

沖壓式：用低碳鋼沖壓制成。

實體式：用銅合金、鋁合金或工程塑料。具有較好的定心精度，適用于較高速的軸承。二、滾動軸承的主要類型及性能滾動軸承的分類依據(jù)主要是其所能承受的載荷方向（或公稱接觸角）和滾動體的種類。所以滾動軸承的一個重要參數(shù)就是接觸角。接觸角的概念：滾動體和套圈接觸處的法線與軸承徑向平面（垂至于軸承軸心線的平面）之間的夾角α稱為公稱接觸角。α越大，則軸承承受軸向載荷的能力就越大。

按軸承的內部結構和所能承受的外載荷或公稱接觸角的不同，滾動軸承分為：

1、向心軸承（也稱徑向軸承）：主要或只能承受徑向載荷的滾動軸承，其公稱壓力角為0o～45o。向心軸承按公稱接觸角的不同又可以分為0o的向心軸承，如深溝球軸承、圓柱滾子軸承和滾針軸承等。向心軸承按公稱接觸角的不同又可以分為

（1）徑向接觸軸承：公稱接觸角為0o的向心軸承，如深溝球軸承、圓柱滾子軸承和滾針軸承等。其中深溝球軸承除了主要承受徑向載荷外，同時還可以承受一定的軸向載荷（雙向），在高轉速時甚至可以代替推力軸承來承受純軸向載荷，因此有時也把它看作向心推力軸承。它的設計計算也與后述的向心推力軸承（角接觸球軸承、圓錐滾子軸承類似）。與尺寸相同的其它軸承相比，深溝球軸承具有摩擦因數(shù)小、極限轉速高的優(yōu)點，并且價格低廉，故獲得了最為廣泛的應用。

（2）向心角接觸軸承：公稱接觸角在0o～45o的向心軸承，如角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、調心軸承等。兩種調心軸承在主要承受徑向載荷的同時，也可以承受不大的軸向載荷。其主要特點在于：允許內外圈軸線有較大的偏斜（2o～3o），因而具有自動調心的功能，可以適應軸的撓曲和兩軸承孔的同軸度誤差較大的情況。2、推力軸承：主要用于承受軸向載荷的滾動軸承，其公稱接觸角為45o～90o。推力軸承按公稱接觸角的不同又分為（1）軸向接觸軸承：公稱接觸角為90o的推力軸承，如推力球軸承等。（2）推力角接觸軸承：公稱接觸角為45o到90o的推力軸承，如推力角接觸軸承等。按照承受單向軸向力和雙向軸向力可以分為單列和雙列推力軸承。

3、向心推力軸承：這類軸承包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，可以同時承受徑向載荷和較大的軸向載荷。在工程上常用的滾動軸承五類：深溝球軸承、圓柱滾子軸承、單列推力球軸承、角接觸球軸承和圓錐滾子軸承。各類軸承的承載性能見教材表格所列。需要在以上類型中補充代號三、滾動軸承的代號（必須掌握）滾動軸承的種類很多，而各類軸承又有不同結構、尺寸和公差等級等，為了表征各類軸承的不同特點，便于組織生產(chǎn)、管理、選擇和使用，國家標準中規(guī)定了滾動軸承代號的表示方法，由數(shù)字和字母所組成。

滾動軸承的代號有三個部分代號所組成：前置代號、基本代號和后置代號。見下表：前置代號基本代號后置代號（組）軸承類型尺寸系列軸承內徑內部結構密封防塵套圈變型保持架(材料)軸承材料公差等級游隙配置其它1、基本代號基本代號是表示軸承主要特征的基礎部分，也是我們應著重掌握的內容，包括軸承類型、尺寸系列和內徑。類型代號用阿拉伯數(shù)字（以下簡稱數(shù)字）或大些拉丁字母（簡稱字母）表示，個別情況下可以省略。尺寸系列是是由軸承的直徑系列代號和寬（高）度系列代號組合而成，用兩位數(shù)字表示。

寬度系列是指徑向軸承或向心推力軸承的結構、內徑和直徑都相同，而寬度為一系列不同尺寸，依8、0、1……6次序遞增（推力軸承的高度依7、9、1、2順序遞增）。當寬度系列為0系列時，多數(shù)軸承在代號種可以不予標出（但對調心軸承需要標出）。用基本代號右起第四位數(shù)字表示

直徑系列表示同一類型、相同內徑的軸承在外徑和寬度上的變化系列，用基本代號右起第三位數(shù)字表示（滾動體尺寸隨之增大）。即按7、8、9、0、1、……5順序外徑尺寸增大，如圖所示。圖14－3

內徑代號是用兩位數(shù)字表示軸承的內徑：內徑d=10～480mm的軸承內徑表示方法見下表（其它有關尺寸的軸承內徑需查閱有關手冊和標準）。（用基本代號右起第一、二兩位位數(shù)字表示）內徑代號0001020304～96軸承內徑（mm）10121517代號數(shù)×52、前置代號、后置代號前置、后置代號是軸承在結構形狀、尺寸、公差、技術要求等有改變時，在基本代號左右添加的補充代號。前置代號用字母表示，用以說明成套軸承部件的特點,一般軸承無需作此說明，則前置代號可以省略。后置代號用字母和字母—數(shù)字的組合來表示，按不同的情況可以緊接在基本代號之后或者用“－”、“/”符號隔開，其含義見軸承代號表格所示。常見的軸承內部結構代號及公差等級代號見下表：（1）內部結構代號

代號含義及示例C角接觸球軸承公稱接觸角α＝15o7210C調心滾子軸承C型23122CAC角接觸球軸承公稱接觸角α＝25o7210ACB角接觸球軸承公稱接觸角α＝45o7210B圓錐滾子軸承接觸角加大32310BE加強型（即內部結構設計改進，增大軸承承載能力）N207E（2）軸承公差代號代號含義和示例新標準GB/T272－93原標準GB272－88/P0G公差等級符合標準規(guī)定的0級，代號中省略不標6203/P6E公差等級符合標準中的6級6203/P6/P6XEX公差等級符合標準中的6X級6203/P6XP5D公差等級符合標準中的5級6203/P5P4C公差等級符合標準中的4級6203/P4P2B公差等級符合標準中的2級6203/P2其精度等級按上表中的順序依次提高。其它各符號的含義可以查閱GB/T272－93，此處我們就不作過多介紹了?！纠吭囌f明軸承代號6206、32315E、7312C及51410/P6的含義。【解】6206：（從左至右）6深溝球軸承；2尺寸系列代號，直徑系列為2，寬度系列為0（省略）；06為軸承內徑30mm；公差等級為0級。32315E：（從左至右）3為圓錐滾子軸承；23為尺寸系列代號，直徑系列為3、寬度系列為2；15為軸承內徑75mm；E加強型；公差等級為0級。7312C：（從左至右）7為角接觸球軸承；3為尺寸系列代號，直徑系列為3、寬度系列為0（省略）；12為軸承內徑60mm；C公稱接觸角α＝15o；公差等級為0級。51410/P6：（從左至右）5為雙向推力軸承；14為尺寸系列代號，直徑系列為4、了寬度系列為1；10為軸承直徑50mm；P6前有“/”，為軸承公差等級?！?4.2滾動軸承的類型選擇

滾動軸承的類型很多，因此選用軸承首先是選擇類型。而選擇類型必須依據(jù)各類軸承的特性，在教材表格中的最后一列中給出了各類軸承的性能特點，供我們選用時參考（也可以查閱相關手冊）。同時，我們在選用軸承時還要考慮下面幾個方面的因素。

一、軸承所受的載荷（大小、方向和性質）受純徑向載荷時應選用向心軸承（如60000、N0000、NU0000型等）。受純軸向載荷應選用推力軸承（如50000型）。對于同時承受徑向載荷R和軸向載荷A的軸承，應根據(jù)兩者（A/R）的比值來確定：若A相對于R較小時，可選用深溝球軸承（60000型）、或接觸角不大的角接觸球軸承（70000C型）及圓錐滾子軸承（30000型）；當R相比較大時，可選用接觸角較大的角接觸球軸承（70000AC型或70000C型）；當A比R大很多時，則應考慮采用向心軸承和推力軸承的組合結構，以分別承受徑向載荷和軸向載荷。

在同樣外廓尺寸的條件下，滾子軸承比球軸承的承載能力和抗沖擊能力要大。故載荷較大、有振動和沖擊時，應優(yōu)先選用滾子軸承。反之，輕載和要求旋轉精度較高的場合應選擇球軸承。同一軸上兩處支承的徑向載荷相差較大時，也可以選用不同類型的軸承。二、軸承的轉速在一般轉速下，轉速的高低對類型選擇不發(fā)生什么影響，只有當轉速較高時，才會有比較顯著的影響。在軸承樣本中列入了各種類型、各種尺寸軸承的極限轉速nlim值。這個極限轉速是指載荷（C為基本額定動載荷，后面我們再講），冷卻條件正常，且為0級公差時的最大允許轉速。所以，一般必須保證軸承在低于極限轉速條件下工作。但注意：nlim值并不是一個不可超越的界限。（1）球軸承比滾子軸承的極限轉速高，所以在高速情況下應選擇球軸承。（2）當軸承內徑相同，外徑越小則滾動體越小，產(chǎn)生的離心力越小，對外徑滾道的作用也小。所以，外徑越大極限轉速越低。（3）實體保持架比沖壓保持架允許有較高的轉速。（4）推力軸承的極限轉速低，所以當工作轉速較高而軸向載荷較小時，可以采用角接觸球軸承或深溝球軸承。三、調心性能的要求對于因支點跨距大而使軸剛性較差、或因軸承座孔的同軸度低等原因而使軸撓曲時，為了適應軸的變形，應選用允許內外圈有較大相對偏斜的調心軸承，例如10000系列和20000系列的調心球軸承可以在內外圈產(chǎn)生不大的相對偏斜時正常工作。在使用調心軸承的軸上，一般不宜使用其它類型的軸承，以免受其影響而失去了調心作用。滾子軸承對軸線的偏斜最敏感，調心性能差。在軸的剛度和軸承座的支撐剛度較低的情況下，應盡可能避免使用。四、拆裝方便等其它因素選擇軸承類型時，還應考慮到軸承裝拆的方便性、安裝空間尺寸的限制以及經(jīng)濟性問題。例如，在軸承的徑向尺寸受到限制的時候，就應選擇同一類型、相同內徑軸承中外徑較小的軸承，或考慮選用滾針軸承。在軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸時，應優(yōu)先選擇內、外圈可分離的軸承。球軸承比滾子軸承便宜，在能滿足需要的情況下應優(yōu)先選用球軸承。同型號不同公差等級的軸承價格相差很大，故對高精度軸承應慎重選用，等等?！?4.3滾動軸承的設計計算（選擇方法）

滾動軸承的設計計算要解決的問題可以分為兩類：1）對于已選定具體型號的軸承，求在給定載荷下不發(fā)生點蝕的使用期限，即壽命計算；2）在規(guī)定的壽命期限內和給定載荷情況下選取某一具體軸承的型號（即選型設計）。滾動軸承尺寸選擇的基本理論是通過對軸承在實際使用的破壞形式進行總結而建立起來的，所以首先我們必須了解滾動軸承的失效形式。一．失效形式和設計準則

1、疲勞點蝕實踐表明：在安裝、潤滑、維護良好的條件下，滾動軸承的正常失效形式是滾動體或內、外圈滾道上的點蝕破壞。成因是由于大量地承受變化的接觸應力。滾動軸承在運轉過程中，相對于徑向載荷方向的不同方位處的載荷大小是不同的，如圖所示。圖14－4

與徑向載荷相反方向上有一個徑向載荷為零的非承載區(qū)；而且滾動體與套圈滾道的接觸傳力點也隨時都在變化（因為內圈或外圈的轉動以及滾動體的公轉和自轉）；所以滾動體和套圈滾道的表面受脈動循環(huán)變化的接觸應力。在這種接觸變應力的長期作用下，金屬表層會出現(xiàn)麻點狀剝落現(xiàn)象，這就是疲勞點蝕。在發(fā)生點蝕破壞后，在運轉中將會產(chǎn)生較強烈的振動、噪音和發(fā)熱現(xiàn)象，最后導致失效而不能正常工作，軸承的設計就是針對這種失效而展開的。2、塑性變形在特殊情況下也會發(fā)生其它形式的破壞，例如：壓凹、燒傷、磨損、斷裂等等。當軸承不回轉、緩慢擺動或低速轉動（n<10r/min）時，一般不會產(chǎn)生疲勞損壞。但過大的靜載荷或沖擊載荷會使套圈滾道與滾動體接觸處產(chǎn)生較大的局部應力，在局部應力超過材料的屈服極限時將產(chǎn)生較大的塑性，從而導致軸承失效。因此對與這種工況下的軸承需作靜強度計算。

雖然滾動軸承的其它失效形式（如套圈斷裂、滾動體破碎、保持架磨損、銹蝕等）在公稱是那股也時有發(fā)生，但只要制造合格、設計合理、安裝維護正常，都是可以防止的。所以在工程上，我們主要以疲勞點蝕和壓凹兩類失效形式進行計算。3、設計準則由于滾動軸承的正常失效形式是點蝕破壞，所以對于一般轉速的軸承，軸承的設計準則就是以防止點蝕引起的過早失效而進行疲勞點蝕計算，在軸承計算中稱為壽命計算。對于不轉動、擺動或轉速低的軸承，要求控制塑性變形，應作靜強度計算；而以磨損、膠合為主要失效形式的軸承，由于影響因素復雜，目前還沒有相應的計算方法，只能采取適當?shù)念A防措施。二．滾動軸承的基本額定壽命和基本額定動載荷

上面我們已經(jīng)多次提到軸承的壽命問題，那么到底軸承的壽命是一個什么概念呢？

軸承的壽命就是：滾動軸承在點蝕破壞前所經(jīng)歷的轉數(shù)（以106r為單位）或小時數(shù)。但是，由于制造精度、材料的差異，即使是同樣的材料、同樣的尺寸以及同一批生產(chǎn)出來的軸承，在完全相同的條件下工作，它們的壽命也不相同，也會產(chǎn)生和大得差異，甚至相差達到幾十倍。

因此對于軸承得壽命計算就需要采用概率和數(shù)理統(tǒng)計得方法來進行處理，即為在一定可靠度（能正常工作而不失效的概率）下的壽命。同一型號的軸承，在可靠度要求不同時其壽命也不同，即可靠度要求高時其壽命較短、可靠度要求低時其壽命較長。為了便于統(tǒng)一，考慮到一般機器的使用條件及可靠性要求，標準規(guī)定了基本額定壽命：一組在相同條件下運轉的近于相同的軸承，按有10%的軸承發(fā)生點蝕破壞，而其余90%的軸承未發(fā)生點蝕破壞前的轉數(shù)L10（以106r為單位）或工作小時數(shù)Lh。也就是說，以軸承的基本額定壽命為計算依據(jù)時，軸承的失效概率為10％，而可靠度為90％。

我們知道，對于一個具體的軸承，其結構、尺寸、材料都已確定。這時，如果工作載荷越大，產(chǎn)生的接觸應力越大，從而發(fā)生點蝕破壞前所能經(jīng)受的應力變化次數(shù)也就越少，折合成軸承能夠旋轉的次數(shù)也就越少，軸承的壽命也就越短。為了在計算時有一個基準，就引入了基本額定動載荷的概念，用符號Cr表示。

基本額定動載荷：是指軸承的基本額定壽命恰好為106r時，軸承所能承受的載荷值。對于向心及向心推力軸承指的是徑向力（徑向載荷）。對于推力軸承指的是軸向力。基本額定動載荷代表了不同型號軸承的承載特性。已經(jīng)通過大量的試驗和理論分析得到，在軸承樣本中對每個型號的軸承都給出了基本額定動載荷，在使用時可以直接查取。三．滾動軸承的壽命計算

上面我們介紹了基本額定動載荷和基本額定壽命的概念。但是，軸承工作條件是千變萬化各不相同的。上面我們說過，我們在設計時會有兩種情況出現(xiàn)：1）對于具有基本額定動載荷C的軸承，當它所受的載荷P（計算值）等于C時，其基本額定壽命就是106r。但是，當時，軸承的壽命是多少？2）如果我們知道軸承應該承受的載荷P，而且要求軸承的壽命為L，那么我們應如何選擇軸承？L(x106r)CP(KN)125.6

很顯然，當選定的軸承在某一確定的載荷P（）下工作時，其壽命L將不同于基本額定壽命。如圖所示是6208軸承的載荷壽命曲線。曲線上各點代表不同載荷下軸承的載荷和壽命關系。經(jīng)過大量的實驗得出關系式：

也就是：（106r）

對于球軸承ε=3；對于滾子軸承ε=10/3。圖14－5

為了工程上的使用方便性，多用小時數(shù)表示壽命。若轉速為n，則：（小時）

同樣，如果我們已知載荷為P，轉速為n，要求軸承的預期壽命為時，則由上式可以得到所需軸承的基本額定動載荷為：（N）

在軸承標準和樣本中所得到的基本額定動載荷是在一般工作環(huán)境下而言的，如果工作在高溫情況下，這些數(shù)值必須進行修正，也就是要乘上溫度系數(shù)ft予以修正，求得在高溫工況條件下的基本額定動載荷：自然，上面所講述的公式發(fā)生相應的變化。得到：ft的具體數(shù)值見下表。

軸承工作溫度/oC≤120125150175200225250300350溫度系數(shù)ft10.950.90.850.80.750.70.60.5四．滾動軸承的當量動載荷

軸承的工作條件千變萬化，受載情況也往往與試驗不一致，所以必須進行必要的換算，就像前面引入當量摩擦系數(shù)一樣，我們在這里引入當量動載荷的概念。也就是說，如果軸承的承載情況與上述條件不一致時，我們必須把實際載荷換算為與上述條件等效的載荷，才能和C進行比較。這個經(jīng)換算而得到的載荷是一個假定的載荷，就稱為當量動載荷P。在此載荷的作用下，軸承的壽命與實際載荷作用下的壽命相同。

所以，在軸承的壽命計算公式中引入所有載荷P都是指的當量動載荷。對于只能承受軸向力A的推力軸承，P=A；對于只能承受徑向力R的向心軸承，P=R；對于可以同時承受A和R的軸承，例如深溝球軸承、調心軸承和向心推力軸承，當量動載荷P應與實際作用的復合外載有同樣的效果，即：

其中：

X—徑向系數(shù)；

Y—軸向系數(shù)其選擇按和兩種情況由教材表中查取。

利用上面的式子所求得的當量動載荷只是理論值，實際上機器的慣性、零件的不精確性及其它因素的影響，也必須給予修正?？紤]上面的因素，我們引入載荷系數(shù)fp（見教材），所以，對應于三種情況分別有：五．向心推力軸承的軸向載荷計算

對于向心推力軸承而言，在承受徑向載荷時，要派生出軸向力。為了求解這類軸承的當量動載荷，我們必須進一步研究其軸向載荷的計算方法。

這類軸承在工作時，通常都是成對使用的。其安裝方式有兩種情況，見圖所示。圖a所示的為背對背安裝，也稱為反裝。圖b的為面對面安裝，也稱為正裝。

由上圖可以看出，兩個軸承的徑向載荷、可以由徑向力平衡條件求出。相應的派生軸向力可以由下表所列的計算公式求出。軸承類型角接觸球軸承圓錐滾子軸承α＝15o（7000C）α＝25o(7000AC)α＝40o（7000B）SS=eRS=0.68R1.14RS=R/2Y(Y是A/R>1時的軸向系數(shù))注：其中e的數(shù)值可以查表得到。

當在軸上作用有外載軸向力時，我們如果把派生軸向力的方向與的方向相一致的軸承記作2，另一端的軸承記作1，則當時，達到軸向平衡。

若不滿足上述關系時，就會出現(xiàn)兩種情況：1．當時，因為軸承的位置已經(jīng)確定，軸不可能竄動，所以在軸承1的內部也必然由外圈通過滾動體對軸施加一個軸向平衡反力。所以，軸承1實際承受的軸向載荷為：；軸承2實際承受的軸向載荷為：2．當時，同上分析可以知道：，綜合以上分析可得：

若的方向與上圖中所示的方向相反，只需將派生軸向力與同向的軸承標為2，上述兩式仍可應用。軸承反力的徑向分力在軸心線上的作用點叫做軸承的壓力中心。兩種安裝方式，對應兩種不同的壓力中心位置。但是，當軸承間的距離較大時，為方便起見，也可以把軸承寬度中點近似地作為支反力的作用位置。六．滾動軸承的靜載荷

在實際工作時，有許多軸承并非都是工作在正常狀態(tài)，例如許多軸承就工作在低速重載工況下，甚至有些基本就不旋轉。針對這種情況，其破壞的形式主要是滾動體接觸表面上接觸應力過大而產(chǎn)生永久的凹坑，也就是材料發(fā)生了永久變形。這時，我們就需要按照軸承靜強度來選擇軸承尺寸。

通常情況下，當軸承的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應力不超過一定值時，對多數(shù)軸承而言尚不會影響其正常工作。因此，把軸承產(chǎn)生上述接觸應力的靜載荷稱作基本額定靜載荷，用表示。具體可以查閱手冊或產(chǎn)品樣本。按靜載荷選擇軸承的公式為：式中為軸承靜載荷強度安全系數(shù)，為當量靜載荷，、分別為當量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)。、、都可以由手冊上查到?！纠}1】根據(jù)工作條件決定選用6300（300）系列的深溝球軸承。軸承載荷R=5000N，A=2500N，軸承轉速n=1000r/min，運轉時有輕微沖擊，預期計算壽命=5000h，裝軸承處的軸徑直徑可在50～60mm內選擇，試選擇球軸承型號?！窘狻?）求比值A/R=2500/5000=0.5根據(jù)表（教材），深溝球軸承的最大e值為0.44，故此時A/R>e。2）初步計算當量動載荷P，由式P=(XR+YA)按表（教材），X=0.56，Y值需在已知型號和基本額定靜載荷后才能求出。現(xiàn)暫時選一平均值，取Y=1.5，并由表取=1.1，則P=1.1×(0.56×5000+1.5×2500)=7205N3）根據(jù)壽命計算公式可以求軸承應具有的基本額定動載荷值：

=48233(N)4）根據(jù)軸承樣本，選擇C=55200N的6311（311）軸承，該軸承的=41800N

驗算如下：（1）A/=2500/41800=0.0598，按表（教材），此時Y值在1.6～1.8之間。用線性插值法求Y值為Y=1.8+×(0.0598-0.04)=1.668故X=0.56，Y=1.668（2）計算當量載荷

P=1.1×(0.56×5000+1.668×2500)=7667N（3）驗算6311軸承的壽命

=6220h>5000h故所選軸承能夠滿足設計要求?！纠?】有一軸采用一對角接觸求軸承7206C，反向安裝（兩端）。軸的轉速n=960r/min，軸上外載荷Fr=2000N，F(xiàn)x=500N，載荷系數(shù)fp=1.2，溫度系數(shù)ft=1.0；7206C軸承的基本額定動載荷C=17800N，基本額定靜載荷C0r=12800N；有關尺寸如圖所示，試計算軸承壽命。圖14－7【解】1、求軸承的徑向載荷R1、R2（即支反力，參見圖示b）

R1＝R2－Fr=1000(N)2、求兩軸承的軸向載荷A1、A2

為此，需要現(xiàn)在力分析圖中標出軸承內部軸向力S1、S2的方向（見圖b）；并求出S1、S2的值。

查表可知，對于70000C軸承α＝15o，S=eR，因為R已經(jīng)求出，則為了求S需先確定e；我們知道界限值e應該由A/C0r(C0r為軸承得徑向額定靜載荷)對應得到。而現(xiàn)在A為待求解量，這樣就產(chǎn)生了“為了求A需先知道A”得遞歸問題。這種現(xiàn)象在工程上經(jīng)常遇到，解決得辦法就是采用試算法。下面我們就來看一下具體得計算方法。

這里我們可以先假定一個e0值，例如試取A/R表中e0＝0.47（基本取中值為宜），對應于A/C0r＝0.12。則由S=e0R可得：S1=e0R1＝0.47×1000＝470（N）；S2=e0R2＝0.47×3000＝1410（N）Fx+S1=970<S2

，也就是說應該在軸承1處加上附加平衡力B1(見圖b所示)A1=S1+B1=S2-Fx=910(N)圖14－7

這時需要利用所求得的A值進行驗證：A/C0r與假定界限值e0時的相應比值否相等（一般只要足夠近似就可以了，例如誤差限制在5％以內）。

A1/C0r=910/12800=0.07109，與所試取的A/C0r＝0.12誤差較大；

A2/C0r=1410/12800=0.1102，與所試取的A/C0r＝0.12誤差較小。若精度要求不高時，也可以此作為軸承2的計算結果，但在對計算精度要求較高時還需再作試算調整。而軸承1顯然步行，需要進一步再作試算。

參照上次試算的結果，對軸承1重新試取e1＝0.445，對應的A1/C0r可由線性插值法求得為0.073，

S1=e1R1＝0.445×1000＝445（N）同樣對軸承2重新選取e2＝0.465，線性插值得到對應的A2/C0r=0.104，則S2=e2R2＝0.465×3000＝1395（N）A1=S2-Fx=950(N)，

A2=S2=1395（N）驗證：A1/C0r=950/12800=0.0742，2/C0r=1395/12800=0.109，這兩個比值與假定e1、e2時A1/C0r、A2/C0r已經(jīng)很接近，即可依次作為試算時的結果。

3、計算軸承的當量動載荷P1、P2（1）軸承1A1/R1＝950/1000=0.95>e1，利用表格中相鄰的兩個e值（0.43，0.46）及其對應的Y值（1.30，1.23），可以利用線性插值得Y1＝1.265，而X1＝0.44，

P1=fp(X1R1+Y1A1)=1970（N）（2）軸承2A2/R2＝1395/3000=0.465=e2，則X2=1，Y2=0

P2=fp(X2R2+Y2A2)=3600（N）

P2>P1所以?。篜＝P2＝3600（N）（一般只需按受載較大的那個軸承進行計算壽命或選型即可）

4、計算軸承壽命直接應用公式將以上數(shù)據(jù)代入計算：

＝2099（h）解答完畢。§14.4滾動軸承裝置設計

為了保證軸承的正常工作，除了合理的選擇軸承的類型和尺寸外，我們還必須正確設計軸承裝置（即軸承組合），正確地解決軸承安裝、配合、緊固、調整、潤滑和密封等問題。在具體進行設計時應該主要考慮下面幾個方面的問題。一、保證支撐部分的剛性和同心度也就是說支撐部分必須有適當?shù)膭傂院桶惭b精度。剛性不足或安裝精度不夠，都會導致變形過大，從而影響滾動體的滾動而導致軸承提前破壞。

增大軸承裝置剛性的措施很多。例如機殼上軸承裝置部分及軸承座孔壁應有足夠的厚度；軸承座的懸臂應盡可能縮短，并采用加強筋提高剛性；對于輕合金和非金屬機殼應采用鋼或鑄鐵襯套。對于采用剖分式結構的，應該采用組合加工方法；一組軸承的支撐應該一次加工出來。

圖14－8二、滾動軸承的軸向固定和調整

機器中的軸的位置是靠軸承來定位的。當軸工作時，既要防止軸向傳動，又要保證軸承工作受熱膨脹時的影響（不致受熱膨脹而卡死），軸承必須有適當?shù)妮S向固定措施。常用的軸向固定措施有兩種：

1）雙支撐單向固定（兩端固定式）這種方法是利用軸肩和端蓋的擋肩單向固定內、外圈，每一個支撐只能限制單方向移動，兩個支撐共同防止軸的雙向移動。圖14－9

這種安裝主要用在兩個對成布置的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的情況，同時考慮溫度升高后軸的伸長，為使軸的伸長不致引起附加應力，在軸承蓋與外圈端面之間留出熱補償間隙c＝0.2～0.4mm（如圖b）。游隙的大小是靠端蓋和外殼之間的調整墊片增減來實現(xiàn)的。這種支撐方式結構簡單，便于安裝，適用于工作溫度不高變化的短軸。圖14－102）單支撐雙向固定式（一端固定、一端游動）對于工作溫度較高的長軸，受熱后伸長量比較大，應該采用一端固定，而另一端游動的支撐結構。

作為固定支撐的軸承，應能承受雙向載荷，故此內、外圈都要固定（如左端圖）。作為游動支撐的軸承，若使用的是可分離型的圓柱滾子軸承等，則其內、外圈都應固定（如右端圖）；若圖14－10使用的是內外圈不可分離的軸承，則固定其內圈，其外圈在軸承座孔中應可以游動（如中間圖）。三、滾動軸承裝置的調整1、軸承間隙的調整軸承在裝配時，一般要留有適當間隙，以利軸承正常運轉。常用的調整方法有以下幾種。1）調整墊片如圖所示結構，時靠加減軸承蓋與機座之間的墊片厚度來調整軸承間隙的。如下圖所示為軸承組合位置調整的方法。圖14－11

左圖為錐齒輪軸承調整結構。2）調節(jié)螺釘如右圖所示的結構，是用螺釘1通過軸承外圈壓蓋3移動外圈的位置來進行調整的。調整后，用螺母2鎖緊防松。圖14－122、滾動軸承的預緊為了提高軸承的旋轉精度，增加軸承裝置的剛性，減小機器工作時的振動，滾動軸承一般都要有預緊措施，也就是在安裝時采用某種方法，在軸承中產(chǎn)生并保持一定的軸向力，以消除軸承中軸向游隙，并在滾動體與內外圈接觸處產(chǎn)生預變形。預緊力的大小要根據(jù)軸承的載荷、使用要求來決定。預緊力過小，會達不到增加軸承剛性的目的；預緊力過大，又將使軸承中摩擦增加，溫度升高，影響軸承壽命。

在實際工作中，預緊力大小的調整主要依靠經(jīng)驗或試驗來決定。常見的預緊結構如圖所示（還有其它方法，需要時可以參考有關手冊進行）。圖14－13四、滾動軸承的配合及拆裝1、滾動軸承的配合滾動軸承的配合是指內圈與軸徑、外圈與座孔的配合（同學們還沒有學習過公差與技術測量），說白了：就是軸與孔之間的間隙大小。這些配合的松勁程度直接影響軸承間隙的大小，從而關系到軸承的運轉精度和使用壽命。

軸承內孔與軸徑的配合采用基孔制，就是以軸承內孔確定軸的直徑；軸承外圈與軸承座孔的配合采用機軸制，就是用軸承的外圈直徑確定座孔的大小。這是為了便于標準化生產(chǎn)。

在具體選取時，要根據(jù)軸承的類型和尺寸、載荷的大小和方向以及載荷的性質來確定：工作載荷不變時，轉動圈（一般為內圈）要緊。轉速越高、載荷越大、振動越大、工作溫度變化越大，配合應該越緊。常用的配合有n6、m6、k6、js6；固定套圈（通常為外圈）、游動套圈或經(jīng)常拆卸的軸承應該選擇較松的配合。常用的配合有J7、J6、H7、G7。這一部分等同學們學習過公差與配合之后會有更好的理解。使用時可以參考相關手冊或資料。2、滾動軸承的裝配與拆卸我們在設計任何一部機器時都必須考慮零件能夠裝得上、拆得下。在軸承結構設計中也是一樣，必須考慮軸承的裝拆問題，而且要保證不因裝拆而損壞軸承或其它零件。裝配軸承的長度，在滿足配合長度的情況下，應盡可能設計的短一些。

軸承內圈與軸頸的配合通常較緊，可以采用壓力機在內圈